TWI485351B

TWI485351B - 智慧型綠能指示地磚及其裝置

Info

Publication number: TWI485351B
Application number: TW101108376A
Authority: TW
Inventors: chun han Chen; Yi Tien Chen; Chien Sheng Yeh; Jeff Nien; Wei Ting Yeh
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2015-05-21
Also published as: CN102677846B; CN102677846A; TW201239242A

Description

智慧型綠能指示地磚及其裝置

本發明關於一種綠能裝置，特別是一種智慧型綠能指示地磚。

隨石油價格高漲，及二氧化碳排放導致南極圈臭氧層破洞的加大，能再生且潔淨能源成為各國競相追求的目標，新的能源發展方向，其中以太陽能、風能與生質能源的技術開發最為熱門。現有的生質能源開發技術又飽受與人爭糧食而導致糧食價格的高漲的批評，風能則受到地理環境較多的限制，例如它必須在空曠之處，鄉下可以，都市較多的建物，不利於其發展。此外，也受季節的影響。例如台灣，東北季風較強，但它發生用電相對少的冬季。

而太陽能則不然，夏天日照較豐富，也是一整年中，耗電量最高的季節，且也沒有都市、鄉村之分，它只和地球緯度有關，加上太陽能取之不盡，用之不絕，且近乎零污染的特性使得它成為當今最熱門的綠能。

機械能則是另一種值得考量的能源，它始終存在於地球環境中，上述的風能也是其中之一種。海浪浪潮變化也是，它也深受到地理環境所限制。再一種機械能，它是水力發電，藉著水庫水位或瀑布的落差發電。因此，它只有在特定的地理環境才可能產生。

再有一種機械能能源，它是利用壓電材料組成的壓電單元，利用機械變形來轉換為能量。這種機械能產生的能量遠遠小於前述的各種能量，除部分特殊具有防水防銹設計壓電單元可利用海浪浪潮來轉換外，已知利用壓電技術產生能源的都與人有關，例如，在交通頻繁的馬路，只要在馬路下方埋設壓電單元，它就可讓汽車行走的動能轉換為電能，而這種電能至少可以使馬路的照明設備自給自足，亦即利用壓電轉換單元的電能供應路燈。

另一個可資利用且值得開發利用的是人的行動。只要是人群聚集處就需要使用到電，因此，若能善加利用人走路所施給壓電單元的力，將是非常美妙的一種綠能。只可惜習知的壓電單元本身體積常太大，特別是在垂直於平面的第三軸，必須足夠的厚度以提高壓電轉換效率，另外，就是人的走路除非是鬧區，或是夜市或是重要的人行道，否則，稀稀落落的人員走過，使得壓電變形量相對有限，且不是連續變化，因此，這個電力就少得可憐一般都不會有開發商加以注意。換言之，想要利用個人走路來進行壓電轉換是缺乏誘因的。

有鑑於此，本發明之一目的便是改變上述固有看法，並提供壓電單元更重要的應用。將個人走路這樣的事件變成有用的能量。

本發明揭露一種智慧型綠能指示地板及其裝置，至少包含複數個壓電轉換地磚鋪設排列於逃生梯，或表演廳的走道上，在該些壓電轉換地磚的一側或兩側周邊另鋪設有相對應的發光二極體。壓電轉換地磚被踩踏而產生的電能經整流後輸出於發光二極體而形成逃生方向的指示燈。

在另一實施例中，上述壓電轉換地磚產生的電能經整流後，再經第一電壓調節器調節電壓後再儲存於一電能儲存單元。電能儲存單元輸出的電能再經由一控制單元輸出於LED。

其中，控制單元由光感測器偵測環境亮度，太暗時就使LED點亮。

另外，更選擇性包含交流電源，將其整流及電壓調節後儲存於電能儲存單元，以提高LED亮度。

本發明的LED主要藉由地磚內壓電轉換模組所產生之之電能提供LED電力，本發明的地磚是鋪設於逃生梯的地板上，而LED又鋪設於兩側，LED點亮時就構成方向燈，此外，也只有在有人行走的時候在觸發LED的點亮，故堪稱為智能智慧型綠能指示裝置。

本發明的再一實施例，是把壓電轉換地磚長度尺寸縮小，以止滑壓條呈現，就和一般樓梯間的止滑壓條一様，不同的是兼具了自給自足發電能力，而可以做為逃生方向指示燈。

本發明提供一種高效能的智慧型如圖所示，包含壓電轉換地磚105電容107、發光二極體(LED)125。壓電轉換地磚105在被使用人踩踏的當下，由壓電轉換內的二極體電路106整流以輸出4V的峰值漣波，此電壓再經由簡易的電容或超級電容107放電至LED綠能指示地磚，特別是使用於逃生梯或一般的樓梯，或者是電影院或表演廳的地磚。請參考圖1所示的電路模組。LED 125可以選用例如2.5V就可發光的二極體。電容107可以延遲放電時間。

在一實施例中，請參考圖2的一應用例。本發明實施時，樓梯地磚100採用了高效能的壓電轉換地磚105，這種地磚105可以很薄，薄到只有約略一般地磚的厚度，而樓梯板的一側邊108a或兩側邊108a、108b則設有複數顆發光二極體(LED)125。壓電轉換地磚105輸出的電能供應前方及後方樓梯地磚的樓梯板上的LED 125電源。亦即每一塊地磚的電能不供應自身旁的LED 125而是將電能輸出端以導線(未圖示)同時連接於該地磚前方及後方樓梯地磚的樓梯板上的LED 125。因此，兩脚踩在同一階梯時，則前後階不亮，但當兩脚踩在前後階梯109L、109R時，將同時有四塊壓電轉換地磚105旁邊的LED 125亮，即，分別有兩組LED 125L及兩組LED125R同時亮，如圖2所示，在圖2中數字125的LED沒有亮。這種安排是為了節能，另一方面將電能集中輸出在使用者的前後，使該些位置的LED 125L、LED 125R亮度提高。

想像一種情境，大樓因某些事故停電時，例如，火災或地震而必須疏散時，你必須由緊急逃生梯離開，而不幸緊急照明燈的電池又電力不足時，那將是一幅可怕的景像。有了本發明的智慧型指示燈，則上述的問題，將很容易獲得解決。

因為，當你的鞋子踩在樓梯板時，高效能的壓電轉換地磚105已為你提供了上、下一階樓梯板的LED照明了。因此，只要順著亮光的方向踩出去(上樓時可以不管後方的燈)，LED 125將指引你向安全的出口。同樣，下樓梯也是一樣，下梯子時前後方的LED都亮了，你只要順著LED亮燈方向前進，它就可以指引你向安全的出口。

本發明的智慧型綠能指示地磚不需要額外的家戶用電或大樓的電力，也不需要任何額外的感測器，人員踩踏壓電轉換地磚105就是最佳的感測器。特別的是，逃生梯、樓梯間，使用本發明的地磚沒有人行走時，照明裝置不需要點亮，因此，不像一般樓梯間沒人行走時也是亮的，形成一種浪費。另外，在緊急需要時，例如，遇到大樓火災或地震而停電時，本發明可以在有人時自我發電，而提供照明，或方向指示。

在另一較佳實施例中，也是更為實用的電路模組圖，請參考圖3。如圖3所示，包含壓電轉換地磚105提供電源來源經由第一電壓調節器110、電能儲存單元115儲存電能，再輸出至控制單元120，用以將電源輸出至發光二極體(LED)125，此外，控制單元120，另由光感測器122所控制。有一支電源是由室內的交流電源130提供，例如100V至260V的電源插座經由整流器135、第二電壓調節器140，調節至適合於對電能儲存單元115充電。其中，LED 125，在另一實施例中，例如，逃生梯，是以聲音的形式輸出，或聲音與光同時輸出。

控制單元120及光感測器122則用以控制電能是否輸出至LED 125。白天光線充足時，例如，LED 125的發光亮度不及周圍環境時，光感測器122就令控制單元120停止輸出，或者仍然輸出，或者輸出的是語音。另外，在特殊情況下，例如，人員休假時可依需要輸出或不輸出。如此，將可達到節能或使能量做最佳化的應用。由於壓電轉換地磚105所產生的電源先儲存於電能儲存單元115，因此，在一簡單的控制單元120(開關型)下，電能允許輸出時，將使和控制單元120所有連接之 LED全亮。在本實施例中，由於有電能儲存單元115提供電能。故即使LED全亮，每一只LED的亮度容許較高。

在另一實施例中，控制單元120更進一步具有一微處理器121a及交換開關單元121b的示意圖，而由微處理器121a指定那些個LED 125要亮，那些個LED不亮。而，每一壓電轉換地磚105除了將電能輸出至第一電壓調節器外，並且也連接一信號1111至交換開關單元121b，此交換開關單元121b由一匯流排121c連接至微處理器121a。微處理器121a得以根據信號來源而令交換開關單元121b允許那些個區域的LED 125亮，其餘不亮。如此，可以節省不必要之能源浪費。

壓電轉換地磚105的請參照圖5A為本發明壓電發電模組1的俯視圖及圖5B與圖5C之兩個側面剖面示意圖。在一較佳實施例中，壓電發電模組1包括一上蓋10、一下蓋11、一機電轉換單元12、一氣墊13、及複數個突起物14。機電轉換單元12包含複數個壓電片12a貼合在一金屬片上與一電路板12b將該些壓電片12a以串或並聯方式連接，且有一整流二極體(未圖示)以供電力輸出。最外有防水膜15。

本發明實施例的突起物14是錐形體、圓球或者短圓柱體，錐形體頂點朝下，即下尖(當然，不要太尖銳，有圓角或鑲以小珠子應是最適當的)上平，但實質上也可以是半圓球，並且，最好是由剛性係數大約0.7以上的剛性材料所製備。突起物14如圖1所示，其特徵是接近上蓋10(即施力處)的上表面積要大於與機電轉換單元12接觸點的下表面積，以產生壓力放大的效果。上表面積/下表面積比愈大，則放大效果愈佳。突起物14可以任意習知的固定方式固定於上蓋10內表面 10a，也可以和上蓋10一體成型。

依據本發明的再一實施例，智慧型綠能指示地磚是將壓電轉換地磚105裝設於表演廳或電影院的走道上。相信有很多人都有這樣的經驗，當你去電影院看電影但遲到時，由於戲院大燈已熄，只有螢光幕上投影影像亮光，此時就需要一位招待員拿著手電筒為您帶路。若，走道上鋪設本發明的LED方向指示燈，或7段顯示器或其它的造字排列以引導該觀眾，就可使看表演者或看電影者受到最小的干擾，因為只有該觀眾所在位置的前方壓電轉換地磚105有亮燈。

依據本發明的再一實施例，壓電轉換地磚105的長度縮小而以止滑壓條呈現。有鑑於大部分的建物樓梯間的樓梯板都會在梯階的前緣(近外轉角)增加一銅製的壓條作為止滑壓條，又稱為壓電轉換壓條605舖設於樓梯的各梯階之前緣，如圖6A所示。壓電轉換壓條60內包含一組壓電發電模組1，如圖5A的平面示圖及圖5B及5C的橫截面示意圖。更佳的實施例中，上蓋10及下蓋中間的機電轉換單元12、一氣墊13、及複數個突起物14組合是多層的。這是因為壓條內的機電轉換單元12的長度較圖2中的壓電轉換地磚105短。為提升發電能力，二層或以上更佳。上蓋10則是橡膠材質為最佳。LED 125仍可以擺設在梯板的兩側(也可以是一側)，如圖2所示，也可以在止滑壓條605的兩側(或一側(未圖示))，如圖6B所示。當然，LED 125並不以上述為限，例如，LED 125也可以在每個階梯的上昇面(在止滑壓條605的下方的垂直面)。另，為使用路(樓梯)行人更容易看到LED 125的照光，並不限於行人脚踏處的上、下一階處的LED 125光發亮，點亮的LED是行人脚踏處上方第二階的LED 125R(如圖6C)、及下方第二階的LED(未圖示)將更佳。圖6A至圖6C中顯示壓電發電模組1是疊加在一起，位於止滑壓條內。

當然，前述壓電轉換地磚105實施例中的LED 125的佈置並不限於只能在壓電轉換地磚105的兩側，實務上，也可以舖設於一側。另，如同圖6C一樣，LED 125也可舖設於階梯的垂直面。

本發明具有以下的優點：

1.　本發明的綠能指示裝置，不使用時不需要額外的電能去維護，需要時(有人行走時)指示裝置才作用，同時也不需額外的感測器或偵測器，因為它的本身就會發電，因此，堪稱智慧型。

2.　只要有人行走的走道或樓梯間，本發明的綠能指示裝置都可以提供方向的指示，它本身就是極小型發電機，因此，可作為大樓的消防設備之一。

3.　本發明的壓電轉換地磚，內部已做了壓力放大的單元於其內，因此，厚度可以很薄，使用於樓地磚時，不會增加階梯高度。

4.　本發明的壓電轉換地磚可以再把尺寸縮小，以止滑壓條呈現，就和一般樓梯間的止滑壓條一様，不同的是兼具了自給自足發電能力，而可以做為逃生方向指示燈。

本發明雖以較佳實例闡明如上，然其並非用以限定本發明精神與發明實體僅止於上述實施例。凡熟悉此項技術者，當可輕易了解並利用其它元件或方式來產生相同的功效。是以，在不脫離本發明之精神與範疇內所作之修改，均應包含在下述之申請專利範圍內。

105‧‧‧壓電發電地磚

10‧‧‧上蓋

10a‧‧‧上蓋內表面

11‧‧‧下蓋

14‧‧‧突起物

12‧‧‧機電轉換單元

12b‧‧‧電路板

12a‧‧‧壓電片

15‧‧‧防水膜層

13‧‧‧氣墊

107‧‧‧電容

109L、109R‧‧‧左右脚踩踏處

108A‧‧‧地磚左邊

108B‧‧‧地磚右邊

110‧‧‧第一電壓調節器

111‧‧‧信號線

125L‧‧‧左脚踩踏時點亮的LED

125R‧‧‧右脚踩踏時點亮的LED

115‧‧‧電能儲存單元

122‧‧‧光感測器

120‧‧‧控制單元

106、135‧‧‧整流器

125‧‧‧LED或其它影音裝置

121a‧‧‧微處理器

121b‧‧‧交換開關單元

121c‧‧‧匯流排

140‧‧‧第二電壓調節器

130‧‧‧交流電源

605‧‧‧止滑壓條

1‧‧‧壓電發電模組

圖1顯示本發明壓電發電智慧型綠能指示地磚的簡易實施電路方塊圖。

圖2顯示本發明壓電發電智慧型綠能指示地磚的實施應用例示意圖。

圖3顯示本發明壓電發電智慧型綠能指示地磚的再一實施例的電路方塊圖。

圖4顯示本發明壓電發電智慧型綠能指示地磚的再一實施例的電路方塊圖中控制器包含一微處理器又地磚也有信號線連接至切換開關時的示意圖。

圖5A-5C顯示本發明壓電發電智慧型綠能指示地磚俯視及兩個側面剖面結構圖。

圖6A顯示本發明壓電發電智慧型綠能指示地磚以止滑壓條呈現LED在樓梯板兩側。

圖6B顯示本發明壓電發電智慧型綠能指示地磚以止滑壓條呈現LED在止滑壓條兩側。

圖6C顯示本發明壓電發電智慧型綠能指示地磚以止滑壓條呈現LED在樓梯板之上升(下降)面。

105．．．壓電發電模組

110．．．第一電壓調節器

115．．．電能儲存單元

120．．．控制單元

122．．．光感測器

125．．．LED或其它影音裝置

135．．．整流器

130．．．交流電源

140．．．第二電壓調節器

Claims

一種智慧型綠能指示地磚，至少包含：複數個壓電發電模組地磚，鋪設於人行地面上，做為電能產生源，該些壓電發電模組地磚的每一個內包含有氣墊、機電轉換單元、及複數個突起物，順序排列且彼此相接觸的壓電發電模組；複數個整流器，連接於上述之壓電發電模組地磚的電能輸出端，以轉換為直流輸出；複數個發光二極體，該些發光二極體鋪設於該些壓電發電模組地磚之一側、或兩側，或階梯的垂直面，以做為一方向指示燈，其中當下被踩踏之每一該壓電發電模組地磚將其電能輸出至行進方向相鄰之該壓電發電模組地磚側之該些發光二極體，及輸出至行進方向後方相鄰之該壓電發電模組地磚側之該些發光二極體。
如申請專利範圍第1項所述之智慧型綠能指示地磚，其中上述之人行地面為建築物之逃生梯、及表演時室內天花板燈光會關閉之電影院、表演廳之走道。
如申請專利範圍第1項所述之智慧型綠能指示地磚，其中上述之壓電發電模組地磚是被以止滑壓條呈現，舖設於樓梯梯角的前緣，LED舖設於樓梯板的垂直面或該止滑壓條的兩側或一側其中之一。
如申請專利範圍第3項所述之智慧型綠能指示地磚，其中上述之止滑壓條內每一條內包含有兩個該壓電發電模組互相疊加，以增加發電能力。
如申請專利範圍第1項所述之智慧型綠能指示地磚，更包含電容與該些整流器連接以增加放電時間。
如申請專利範圍第1項所述之智慧型綠能指示地磚，其中上述之壓電發電模組地磚是不具有彈簧，但有彈性材質之上蓋及下蓋容置一氣墊組及複數個突起物，該氣墊組及複數個突起物中間包覆複數個機電轉換單元於其內，且該些突起物與該上蓋接觸面積大於和該機電轉換單元上的多個壓電片的接觸面，以達到壓力放大的效果。
一種智慧型綠能指示裝置，至少包含：一壓電轉換地磚，包含一壓電發電模組；一第一電壓調節器；一電能儲存單元；一控制單元；一發光二極體，舖設於該壓電轉換地磚的兩側或一側，或階梯的垂直面，其中上述之壓電轉換地磚電能輸出端連接於該第一電壓調節器以調整至可供該電能儲存單元儲存電能之電壓，再藉由該控制單元之控制以決定是否使該電能儲存單元輸出至該發光二極體。
如申請專利範圍第7項所述之智慧型綠能指示裝置，其中上述之壓電發電模組地磚是被以止滑壓條呈現，舖設於樓梯梯角的前緣，LED舖設於樓梯板的垂直面或止滑壓條的一側或兩側其中之一種。
如申請專利範圍第8項所述之智慧型綠能指示裝置，其中上述之每一條止滑壓條內包含有兩個該壓電發電模組互相疊加，以增加發電能力。
如申請專利範圍第7項所述之智慧型綠能指示裝置，更包含數個壓電轉換地磚依預定之逃生路線一一鋪設於逃生梯及複數個發光二極體鋪設於逃生梯周遭，以形成逃生路線照明指示裝置。
如申請專利範圍第7項所述之智慧型綠能指示裝置，更包含一交流電源、一整流器、及一第二電壓調節器以對該電能儲存單元補充電能。
如申請專利範圍第7項所述之智慧型綠能指示裝置，其中上述之壓電發電模組地磚不具有彈簧，但有彈性材質之上蓋及下蓋容置一氣墊組及複數個突起物，該氣墊組及複數個突起物中間包覆複數個機電轉換單元於其內，且該些突起物與該上蓋接觸面積大於和該機電轉換單元上的多個壓電片的接觸面，以達到壓力放大的效果。